Bộ tổng hợp Arduino MIDI Chiptune: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Sống lại niềm vui của âm nhạc trò chơi máy tính thời kỳ đầu với bộ tổng hợp chiptune 8 bit đích thực, bạn có thể điều khiển MIDI từ bất kỳ phần mềm DAW hiện đại nào.

Mạch đơn giản này sử dụng Arduino để điều khiển chip tạo âm thanh có thể lập trình AY-3-8910 (hoặc một trong nhiều bản sao của nó) để tạo lại âm thanh của năm 1980. Không giống như nhiều thiết kế cần phần mềm chuyên dụng để chỉnh sửa nhạc, thiết bị này trông giống như một thiết bị USB MIDI tiêu chuẩn. Bộ tổng hợp có một thuật toán thông minh cố gắng giữ cho các nốt nhạc phù hợp nhất với âm nhạc đang phát; trong nhiều trường hợp, bạn có thể ném thẳng các tệp MIDI chưa chỉnh sửa vào nó và giai điệu sẽ xuất hiện ngay lập tức. Tổng chi phí nên vào khoảng £ 20.

Bước 1: Những thứ bạn cần

Danh sách các bộ phận đầy đủ cho việc này, như bạn thấy trong hình, như sau:

• Sparkfun Pro Micro clone (tùy chọn 5V, 16MHz). Tôi đã sử dụng cái này trên Amazon.
• Yamaha YM2149F chip PSG. Tôi nhận được của tôi từ eBay.
• 2 x 100nF tụ gốm
• 1 mỗi điện trở 75R, 1K và 100K (xếp hạng 1/4 watt là tốt).
• Tụ đĩa gốm 4,7nF
• Tụ điện 1uF (định mức điện áp> 5V).
• Ổ cắm IC DIP 40 chân 0,6"
• Tiêu đề 2 x 12 cách 0,1 "(cái này từ CPC)
• Ban tạo mẫu, khoảng 3 "x 2". Tôi đã mua một gói lớn trong số này, một lần nữa trên Amazon.
• Ổ cắm phono gắn PCB
• Dây lõi rắn thu nhỏ (như thế này).

Bạn cũng sẽ cần một mỏ hàn, thuốc hàn, máy cắt dây, kìm và một dụng cụ tuốt dây.

Bước 2: Các bộ phận thay thế

Chip tạo âm thanh có thể lập trình thay thế

YM2149 tôi đã sử dụng là bản sao của IC gốc của General Instruments AY-3-8910. (Nguyên mẫu đầu tiên sử dụng AY-3-8910 mà tôi mua từ eBay, nhưng hóa ra máy tạo tiếng ồn trắng không hoạt động. Khuôn mặt buồn bã). Bạn có thể sử dụng cho dự án này mà không có bất kỳ thay đổi nào.

General Instruments cũng tạo ra các biến thể AY-3-8912 và AY-3-8913, là cùng một loại silicon bên trong các gói nhỏ hơn, không có thêm một số chân I / O. Các chân này không cần thiết cho bất kỳ mục đích âm thanh nào và dự án này không sử dụng chúng. Bạn có thể sử dụng AY-3-8912 hoặc -8913, chỉ cần làm theo sơ đồ chân được hiển thị ở trên.

Arduinos thay thế

"Pro Micro" mà tôi đã sử dụng là bản sao của bảng Pro Micro của Sparkfun. Nếu bạn không tự tin với mã Arduino, tốt nhất là bạn nên gắn bó với điều này; nếu bạn hài lòng với việc điều chỉnh thiết kế, bạn sẽ cần các thông số kỹ thuật sau

• Thiết bị ATmega 16u4 hoặc 32u4 (cần thiết để hoạt động như một thiết bị USB MIDI; ATmega 168 hoặc 328 không thể làm điều này).
• Hoạt động 5V (AY-3-8910 chạy ở 5V) và tốc độ đồng hồ 16MHz.

• Ít nhất 13 đường I / O kỹ thuật số.

  Chân cổng PB5 phải được kết nối (nó được sử dụng để tạo tín hiệu xung nhịp 1MHz). Trên Pro Micro, nó được sử dụng làm chân I / O D9

Các bảng Arduino Leonardo và Micro đều phù hợp với hóa đơn, mặc dù tôi chưa thử chúng.

Các thành phần khác

Các điện trở và tụ điện được sử dụng ở đây không phải là đặc biệt. Bất kỳ phần nào của (gần đúng) giá trị sẽ hoạt động.

Bước 3: Đặt bảng mạch

Để xây dựng mạch, tốt nhất nên bắt đầu bằng cách định vị các ổ cắm, sau đó thêm điện trở và tụ điện. Chúng tôi sẽ đề cập đến việc đấu dây những thứ này với nhau trong bước tiếp theo.

Sử dụng hình trên làm hướng dẫn, định vị ổ cắm IC 40 chân, lật ngược bảng và chỉ hàn vào hai chân góc đối diện trước. Nếu ổ cắm không nằm phẳng so với bảng, bạn có thể dễ dàng sửa chữa bằng cách cố định một hoặc chốt khác. Khi nó ổn, hãy hàn phần còn lại.

Định vị hai ổ cắm 12 chân, sau đó lắp Arduino vào chúng để giữ chúng thẳng đứng và ổn định trong quá trình hàn. Một lần nữa, việc hàn hai chân ở mỗi đầu trước tiên sẽ cho phép kiểm tra trước khi hàn lần cuối.

Đối với ổ cắm đầu ra âm thanh, tôi đã sử dụng một mũi khoan nhỏ để mở rộng các lỗ PCB, vì các thẻ gắn khá lớn.

Bước 4: Lên dây

Khi các thành phần chính đã được định vị, chúng có thể được nối dây ở mặt sau của bo mạch, theo mạch ở trên.

Các thành phần đầu ra âm thanh (R2, R3, C2, C3) và tụ điện tách (C1, C4) có thể được kết nối với dây lõi rắn (hoặc cắt đứt các dây dẫn thành phần). Các kết nối đất và nguồn từ Arduino đến chip PSG (dây màu đỏ và đen, trong hình) hiện có thể được thực hiện.

Các đầu ra khác nhau của Pro Micro được kết nối với AY-3-8910 như sau (xem hướng dẫn kết nối để chỉ định chân):

Tín hiệu chân Arduino AY-3-8910

DA0 D2 37 DA1 D3 36 DA2 D4 35 DA3 D5 34 DA4 D6 33 DA5 D7 32 DA6 D8 31 DA7 A0 / D18 30 BC1 D10 29 BC2 MOSI / D16 28 BDIR MISO / D14 27 RESET # SCLK / D15 23 CLOCK D9 22 (qua R1, 75 ohm)

Bước 5: Lập trình bằng Arduino IDE

Nếu bạn là người mới sử dụng Arduino, tôi thực sự khuyên bạn nên thử một trong nhiều hướng dẫn về những điều cơ bản. Hướng dẫn hookup của Sparkfun cung cấp đầy đủ chi tiết. Bạn có thể kiểm tra xem chương trình cơ bản có đang hoạt động hay không bằng cách làm theo hướng dẫn "Blinkies". Arduinos có thể hơi khó khăn để thuyết phục vào chế độ 'bootloader' (nơi bạn có thể tải các bản phác thảo mới), vì vậy một chút thực hành với một ví dụ đơn giản là rất hữu ích.

Khi bạn đã hài lòng, hãy tải xuống tệp chiptunes.ino được đính kèm với trang này, tạo và tải nó lên. (Tôi thấy rằng sử dụng loại bảng "Arduino / Genuino Micro" là OK cho bản phác thảo này, nếu bạn muốn bỏ qua cài đặt hỗ trợ bảng Sparkfun).

Ngoài ra, lưu ý rằng nếu bạn đang sử dụng máy Mac, cài đặt "Cổng" sẽ cần được thay đổi sau khi bạn tải bản phác thảo lần đầu tiên. Với Arduino 'trống' (hoặc sử dụng bản phác thảo Blinky), nó sẽ xuất hiện dưới dạng một cái gì đó giống như /dev/cu.usbmodemXXXX, như trong hình trên. Khi thiết bị USB MIDI đang hoạt động (như được sử dụng bởi chiptunes.ino sketch), nó sẽ là /dev/cu.usbmodemMID1.

Bước 6: Kiểm tra và sử dụng Synth

Sau khi Arduino được lập trình, máy trạm của bạn sẽ tự động nhận ra nó như một thiết bị USB MIDI. Nó sẽ xuất hiện với tên 'Arduino Micro' - bạn có thể thấy điều này trên Trình quản lý thiết bị trong Windows hoặc ứng dụng "Thông tin hệ thống" trong Mac OS.

Trên máy Mac, bạn có thể sử dụng ứng dụng Thiết lập MIDI âm thanh để chạy thử nghiệm cơ bản. Khởi động ứng dụng, sau đó chọn Window -> Show MIDI Studio. Thao tác này sẽ hiển thị cửa sổ MIDI Studio - tất cả các giao diện MIDI của bạn sẽ xuất hiện theo một cách sắp xếp hơi ngẫu nhiên - hy vọng sẽ bao gồm thiết bị 'Arduino Micro'. Nếu bạn nhấp vào biểu tượng 'Thiết lập thử nghiệm' trên thanh công cụ, sau đó nhấp vào mũi tên xuống (xem hình) trên thiết bị Arduino Micro, ứng dụng sẽ gửi các ghi chú MIDI đến hệ thống tổng hợp. (Những thứ này không đặc biệt đúng điệu!) Hệ thống sẽ tạo ra một số âm thanh ngẫu nhiên vào thời điểm này.

Sau đó, bạn có thể thêm 'Arduino Micro' làm thiết bị đầu ra vào thiết lập MIDI của Máy trạm âm thanh kỹ thuật số và bắt đầu chơi!

• Hệ thống phản hồi trên các kênh MIDI từ 1 đến 4. Mỗi kênh có một âm thanh khác nhau (tốt, một phong bì âm lượng khác nhau).
• Các ghi chú MIDI từ 24 đến 96 (C1-C7) được chấp nhận; ghi chú bên ngoài phạm vi này bị bỏ qua.

• Kênh MIDI 10 phát âm thanh trống. Lưu ý các số từ 35 đến 50 (xem

  www.midi.org/specification-old/item/gm-level-1-sound-set) được chấp nhận.

• Có ba kênh thoại trên AY-3-8910. Phần mềm hệ thống cố gắng phát ghi chú được gửi gần đây nhất, trong khi vẫn phát các ghi chú cao nhất và thấp nhất hiện được yêu cầu. Các nốt khác (thường là các nốt giữa trong hợp âm) bị cắt bỏ nếu cần thiết.

Và đó là về nó. Chúc vui vẻ!

Bước 7: Chú thích

Giới thiệu về giai điệu demo

Giai điệu demo - bản aria Queen Of The Night nổi tiếng của Mozart - được tạo một cách hợp lý nhanh chóng từ tệp MIDI mà tôi tìm thấy trên Internet (https://www.midiworld.com/mozart.htm). Ai đó khác đã làm tất cả công việc khó khăn!

Tôi đang sử dụng Presonus Studio One trên máy Mac và tệp MIDI đã được nhập vào bốn bản nhạc riêng biệt. Cần một số chỉnh sửa nhỏ trong đó các nốt đệm cao hơn giai điệu chính và để loại bỏ một số lỗi chập chờn khó chịu hơn giữa các nốt.

Âm thanh bạn nghe thấy trên clip là âm thanh trực tiếp từ hệ thống tổng hợp, chỉ với một lần chạm vào EQ và độ bão hòa để mang lại cho nó một chút cảm giác âm thanh thấp của 'máy arcade'.